[發明專利]一種太赫茲發生器

有效

• 申請號: 201410550279.0
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104332804B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 俞旭輝;鄒鍶;潘鳴;侯麗偉;謝巍;臧元章;周德亮;王曉東;王兵兵;劉素芳;關冉;魯斌;汪瑞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十研究所
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中,樊昕

技術領域

本發明涉及一種太赫茲發生器，特別涉及一種基于光子混頻以及帶太赫茲輻射天線的光電轉換器的太赫茲發生器。

背景技術

太赫茲(terahertz,THz)波介于毫米波與紅外光兩者之間，對應的波長從3mm到30μm，通常是指頻率從100GHz到10THz的寬頻譜電磁波。近年來，由于THz波在材料科學、物理學、生命科學、信息技術、天文學和國防安全等多個領域所展示的廣闊的應用前景，THz科學與技術研究獲得了飛速的發展，而THz源是THz發展的一個主要限制因素。

根據工作原理可以將太赫茲波產生技術劃分為三類：首先，太赫茲輻射可以由激光器產生，量子級聯激光器、P型鍺激光器和遠紅外氣體激光器等都可以輻射太赫茲波。其次，太赫茲輻射可以在非線性介質中產生，光整流、差頻和倍頻都屬于這一類方法。其中光整流方法可以實現脈沖太赫茲輻射，差頻和倍頻方法可以實現太赫茲輻射。最后，太赫茲輻射可以由加速電子產生,利用真空中的自由電子如電子加速器可以實現寬帶太赫茲輻射，返波管和自由電子激光器則可以實現太赫茲輻射。利用半導體中的光電流如光電導發射天線可以分別實現脈沖和太赫茲輻射。

在上述眾多方法中，基于光子混頻，在光電導發射天線中實現太赫茲輻射的方法具有線寬窄、可調諧范圍寬、結構簡單、室溫工作及價格低等優點。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的技術問題，提供一種太赫茲發生器，采用全光纖化，體積小，利于集成，頻譜范圍寬，頻率穩定性高。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種太赫茲發生器，包括激光器、兩個光纖耦合器、光開關、移頻環和帶太赫茲輻射天線的光電轉換器；激光器輸出的光經一個光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路輸入光開關產生光脈沖，輸入移頻環后產生一系列在時間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，這些光脈沖通過另一個光纖耦合器與第二路光在帶太赫茲輻射天線的光電轉換器上混頻，輻射出一系列時間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖。

一種太赫茲發生器，包括激光器、兩個光纖耦合器、光開關、兩個移頻環和帶太赫茲輻射天線的光電轉換器；激光器輸出的光經光開關產生光脈沖，再經一個光纖耦合器分為第一路和第二路，第一路光脈沖通過一個移頻環后產生一系列在時間上等間隔且在頻率上等間隔增加的光脈沖，第二路光脈沖輸入另一個移頻環后產生一系列在時間上等間隔且在頻率上等間隔減小的光脈沖，第二路光脈沖通過另一個光纖耦合器與第一路光脈沖在帶太赫茲輻射天線的光電轉換器上混頻，輻射出一系列時間上等間隔且在頻率上等間隔增加的太赫茲脈沖。

所述第一路和第二路光脈沖光程相等或者兩路光脈沖在時間上相干。

所述激光器為工作波長在300～2100nm的連續激光器。

所述光開關為機械式、微電子機械系統式、半導體、液晶光開關的一種或者電光、聲光、磁光、熱光開關的一種。

所述帶太赫茲輻射天線的光電轉換器為帶太赫茲輻射天線的基于外光電效應的光電管單元、帶太赫茲輻射天線的基于內光電效應的光電二極管單元或者帶太赫茲輻射天線的基于光變電阻效益的光電導單元。

所述移頻環主要由連接順序任意的光纖耦合器、光學延遲線、光放大器、移頻器、濾波器和光隔離器組成，在所述第一路光或者第二路光中級聯移頻環以增加或減小輻射太赫茲的帶寬。

所述光放大器為半導體、摻鉺光纖或者拉曼光纖放大器。

所述移頻器為電光或者聲光移頻器。

所述的濾波器為干涉型、光纖光柵型、F-P腔型帶通濾波器或光纖光柵型、F-P腔型或者聲光可調諧濾波器。

本發明與現有太赫茲光源相比具有以下優勢：

1、全光纖化

在整個裝置中，器件之間都是通過光纖連接，便于集成。

2、體積小、便攜、穩定

整個裝置結構簡單，所用器件成熟、性能穩定、體積小。經組裝后，整個裝置體積小,重量輕。

3、頻譜范圍寬

如：移頻器的移頻量為200MHz，使用可調諧濾波器，濾波器的調諧范圍為40nm，在移頻環內循環20000次，那么輻射的太赫茲帶寬為4THz。

4、頻率穩定性高

本發明中移頻器的移頻量非常穩定，可以控制在MHz或者更小的KHz量級。那么本發明技術方案輻射的THz頻率穩定度也在MHz或者更小的KHz量級。

5、價格低廉

如：激光器使用一臺分布反饋式1550nm的半導體激光器，由于使用通訊波段激光器，其它器件都非常成熟。